天文学家开发“预警系统”,实时观察超新星爆炸穿越宇宙

当红超巨星距离爆炸只有几个月的时间时,该系统会提醒天文学家。

艺术家对参宿四超新星的印象。 (图片来源:欧洲南方天文台/L. Calçada)
艺术家对参宿四超新星的印象。 (图片来源:欧洲南方天文台/L. Calçada)

科学家们发现了一个明显的线索,表明一颗恒星即将变成超新星。一项新的研究表明,这一新发现可以帮助天文学家在其中一次宇宙爆炸发生之前开发一个“预警系统”,这将使科学家能够实时观察一次。

研究的主要作者本杰明戴维斯说:“有了这个预警系统,我们可以准备好实时观察它们,将世界上最好的望远镜指向前体恒星。”有了这个早期警告,科学家们就可以“看着它们在我们眼前被撕成碎片”。

该研究于 10 月 13 日发表在《皇家天文学会月刊》杂志上,该研究模拟了红超巨星在超新星爆发前一年的样子的数据。这样的恒星体积膨胀,可以在 II-P 型超新星中自毁,或者在 8 到 40 到 50 个太阳质量的恒星中发生剧烈爆炸。模拟显示,在这次爆炸发生之前,恒星周围会形成一个环绕星尘的茧。

英国利物浦约翰摩尔斯大学的天体物理学家戴维斯说:“最近对超新星的研究表明,爆炸的恒星嵌套在一层厚厚的物质茧中,大概是在它死前从恒星中喷出的。”在一封电子邮件中说。

该论文确定,质量为太阳质量 8 到 20 倍的恒星以及处于最后的红超巨星阶段的恒星在最后几个月内发生了巨大的变化。

戴维斯说:“我们不知道为什么恒星会这样做——这是出乎意料的,而且在它们死前大约一年拍摄的恒星图像并没有显示出任何不妥之处。”

在它们死前的最后几个月里,这些恒星在可见光下突然变得暗淡了 100 倍左右。这种变暗可能是由于恒星周围物质的突然积累,遮蔽了它的光线,尽管科学家们不确定这是如何发生的。

戴维斯说:“我们最好的选择是,核燃烧的最后阶段会触发重力/压力波传播到坍缩恒星的表面”。科学家们此前曾推测这种情况发生在最极端的超新星上。 “但在我们看到它发生之前我们不会知道,”戴维斯补充道。

迄今为止,天文学家一直没有机会实时观看超新星爆炸。迄今为止最接近的观测是 SN 2013fs,这是旋涡星系 NGC 7610 中一颗红超巨星的超新星爆炸,距离地球约 1.6 亿光年,位于飞马座。它于 2013 年 10 月被观测到,距离它的光到达地球仅三个小时

戴维斯说:“当你这么早就看到超新星时,你会看到‘茧’的外缘被猛烈的爆炸从内部照亮。” “通过持续监测它[天文学家]能够确定超新星超越茧的时间,从而确定它延伸到恒星的距离。”

由于致密物质在爆炸前几乎完全遮住了恒星,因此希望实时捕捉超新星的天文学家将需要能够提醒他们注意在可见光谱部分变得暗约 100 倍的恒星的望远镜,根据到纸上。

这将通过即将于 2023 年上线的维拉鲁宾天文台 (VRO) 成为可能,该天文台的 3.2 千兆像素相机驱动的全天空调查将每三个晚上寻找整个可见天空的微小变化。

戴维斯说:“VRO 将能够在大约 1000 万光年内看到大约一半的红超巨星,让我们能够每隔几天左右对它们进行一次监测。” “如果我们看到一颗突然开始显着变暗,这可能表明超新星的倒计时已经开始。”

有了这些信息,天文学家将能够将其他望远镜指向目标,以研究这颗恒星在被抛射和变成周围的茧时大气的物理状况。

距离太阳系最近的红超巨星是猎户座中的参宿四,在 2020 年 2 月,人们观察到它在从其表面大量喷出后失去了三分之二的正常光度。 然而,这种变暗并不是即将发生的超新星的结果。

戴维斯说:“一颗处于‘超新星倒计时’的红超巨星就像使用类固醇的参宿四一样。” “它会变得更微弱,更快,可能会在几周内完全从可见波长的视野中消失。”

夜空中的其他红色超巨星包括天蝎座的心宿二,距离我们约 555 光年,金牛座的毕宿五,距离我们约 65 光年。

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